雙線隧道零距離下穿既有地鐵車站暗挖施工方案研究*

張社榮 王振振 王世強(qiáng) 龔文超 尚 超

(天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，300350，天津//第一作者，教授)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口膨脹和城市軌道交通的發(fā)展，在繁華的城市中心必然會(huì)出現(xiàn)新建地鐵線路下穿既有營(yíng)運(yùn)車站的問(wèn)題[1]。采用CRD(交叉中隔墻)法+直墻暗挖施工方案可減少擾動(dòng)，且施工速度快，能促進(jìn)城市中心區(qū)域建設(shè)與日常運(yùn)作的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[2]。

國(guó)內(nèi)有較多類似工程。由文獻(xiàn)[3],北京地鐵10號(hào)線下穿與之十字交叉的1號(hào)線時(shí)，由于既有1號(hào)線車站變形控制指標(biāo)較高(小于3 mm)，故在設(shè)計(jì)時(shí)采用平頂直墻CRD法+多重預(yù)頂撐的暗挖施工技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖。文獻(xiàn)[4]的案例除了采取開(kāi)放型盾構(gòu)外，還用新奧法施工，并在施工過(guò)程中對(duì)既有鐵路進(jìn)行了沉降及扭轉(zhuǎn)等方面的監(jiān)測(cè)。在文獻(xiàn)[5]的案例中,多層軟弱地質(zhì)條件下,兩隧道工作面距離基本保持為75 m，其監(jiān)測(cè)分析表明，地表最大隆起量與沉降量均滿足警戒控制指標(biāo)。文獻(xiàn)[6]在新老結(jié)構(gòu)間夾土層中分層打設(shè)管棚,并進(jìn)行了高壓注漿的研究。

1 工程概況

深圳地鐵4號(hào)線福民站為2層雙跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其總長(zhǎng)度為215.6 m，寬度為20.0 m。該站為既有運(yùn)營(yíng)車站。深圳地鐵7號(hào)線皇崗村站—福民站區(qū)間(以下簡(jiǎn)為“皇—福區(qū)間”),以雙線平頂隧道型式零距離下穿福民站。由于雙線間距小,故施工難度大,風(fēng)險(xiǎn)高。皇—福區(qū)間與既有福民站平面關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 皇—福區(qū)間與福民站平面關(guān)系圖

2 施工方案

2.1 主要土層物理力學(xué)參數(shù)

既有福民站的巖土物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1[7]。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)

2.2 方案比選

2.2.1 雙線先后開(kāi)挖方案

在雙線先后開(kāi)挖方案中,先施工右線隧道;當(dāng)右線開(kāi)挖完成,開(kāi)始施作襯砌時(shí),左線開(kāi)始開(kāi)挖;當(dāng)雙線下穿段開(kāi)挖完成后,左線開(kāi)始施作二次襯砌。對(duì)既有福民站底板位移情況進(jìn)行仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。其中,底板豎向位移以向上為正。

圖2 雙線先后開(kāi)挖時(shí)既有福民站底板中部不同部位位移曲線圖

圖2表明:既有福民站底板中部西側(cè)呈沉降趨勢(shì);在右線開(kāi)挖時(shí),底板出現(xiàn)較大沉降(約1.53 mm)，整體最大沉降值約2.03 mm;既有車站底板中部東側(cè)呈隆起趨勢(shì)。

2.2.2 雙線同時(shí)開(kāi)挖方案

雙線同時(shí)開(kāi)挖時(shí),既有福民站底板的豎向位移仿真計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，雙線同時(shí)開(kāi)挖方案的既有車站底板變形規(guī)律與雙線先后開(kāi)挖方案基本一致。

2.2.3 施工方案對(duì)比分析

兩種施工方案的既有福民站底板中部最大豎向位移對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn):①雙線先后開(kāi)挖方案的底板中部豎向變形趨勢(shì)相對(duì)較緩，更利于既有車站的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;②雙線先后開(kāi)挖方案中的地表最大沉降量及最大隆起較小。因此,雙線先后開(kāi)挖方案更優(yōu),故選擇該方案為最終施工方案。

圖3 雙線同時(shí)開(kāi)挖時(shí)既有福民站底板中部不同部位位移曲線圖

表2 兩種施工方案的既有福民站站底板中部不同部位最大豎向位移對(duì)比

3 實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)值與模擬計(jì)算數(shù)值分析

3.1 車站變形監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)

皇—福區(qū)間新建雙線隧道下穿工程對(duì)既有營(yíng)運(yùn)車站的變形控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 既有福民站變形監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)

3.2 測(cè)點(diǎn)分布

豎向位移實(shí)際測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。為與模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)比,選擇測(cè)點(diǎn)①和③作為對(duì)比測(cè)點(diǎn)。

圖4 既有福民站底板豎向位移實(shí)際測(cè)點(diǎn)布置圖

3.3 實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比

測(cè)點(diǎn)①與測(cè)點(diǎn)③的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及模擬計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

a) 模擬計(jì)算位移曲線

b) 實(shí)際監(jiān)測(cè)位移曲線

對(duì)比分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬結(jié)果可得：

(1)自下穿段開(kāi)始開(kāi)挖至施工完成的過(guò)程中，既有車站底板西部測(cè)點(diǎn)的豎向變形整體呈現(xiàn)沉降，且隨著由東向西開(kāi)挖的進(jìn)行，沉降位移速率先增加后減緩并趨于穩(wěn)定。

(2)底板東部測(cè)點(diǎn)③的實(shí)測(cè)值與模擬值變化規(guī)律一致，均是隆起狀態(tài)。最大隆起實(shí)測(cè)值約為7.37 mm，最大隆起模擬值約為3.60 mm。底板西部測(cè)點(diǎn)①的實(shí)測(cè)值與模擬值變化規(guī)律一致，均為沉降狀態(tài)。最大沉降實(shí)測(cè)值約為7.69 mm,最大沉降模擬值約為2.00 mm。

通過(guò)分析可知，數(shù)值計(jì)算的變形規(guī)律與監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致。由于實(shí)際施工過(guò)程中影響因素比較多，故實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果偏大，與模擬計(jì)算結(jié)果存在差異。二者均小于結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)控制值(10.0 mm)，驗(yàn)證了數(shù)值模擬計(jì)算方法的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于車站變形監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)，研究了了雙線同時(shí)開(kāi)挖和先右后左兩種施工方案同既有車站底板不均勻沉降的關(guān)系。經(jīng)分析，雙線先后開(kāi)挖方案對(duì)既有車站的豎向變形更為有利，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

(1)通過(guò)仿真模擬計(jì)算分析，確定采用雙線先后開(kāi)挖施工方案，能有效減小既有車站底板的變形，更利于對(duì)既有車站不均勻變形的控制。

(2)雙線先后開(kāi)挖方案的地表最大沉降量及最大隆起量較小。不管是從變形速率還是從沉降位移的控制來(lái)看，雙線先后開(kāi)挖方案均較優(yōu)。

(3)由于實(shí)際施工過(guò)程中影響因素比較多，故實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果偏大，與模擬計(jì)算結(jié)果存在差異，但二者都小于結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)控制值。

通過(guò)分析,得到雙線隧道下穿既有車站的雙線先后開(kāi)挖施工方案對(duì)既有車站不均勻變形影響的一般規(guī)律。結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果,驗(yàn)證了當(dāng)前施工方案的適用性。